2.4 化学反应的调控（举一反三题型专练，天津专用） 化学人教版选择性必修1

**基本信息** 以合成氨为载体，系统整合反应原理-工业条件-图像分析-生产优化的方法体系，强化化学平衡与工业实践的结合。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |合成氨反应原理分析|1典例+3变式|基于反应焓变、熵变及勒夏特列原理分析条件对速率和平衡的影响|从反应自发性、可逆性等基础特征，推导压强、温度等条件的理论选择| |工业合成氨适宜条件|1典例+3变式|综合速率、平衡转化率及成本、设备等实际因素确定工业条件|理论条件与工业实际的矛盾分析，体现科学态度与责任| |合成氨反应图像分析|1典例+3变式|速率-时间图像中平衡移动方向判断及影响因素分析技巧|通过图像直观呈现条件对平衡的影响，培养科学思维中的模型认知| |工业生产适宜条件选择|1典例+3变式|运用反应速率和平衡知识，结合原料利用率、设备能力等选取条件|从合成氨拓展至一般工业生产，实现方法迁移，提升科学探究与实践能力|

扇学科网 第四节 典例精析 【典例01】A 三举一反三 【变式1-1】A 【变式1-2】C 【变式1-3】C 典例精析 【典例02】c 三 举一反三 【变式2-1】B 【变式2-2】D 【变式2-3】 【答案】(1) 0.225m (2)AD (3)DE 典例精析 【典例03】A www.zxxk.com 让教与学更高效 化学反应的调控（题型突破举一反三） 题型01合成氨反应原理的分析 题型02工业合成氨适宜的条件 ol.L.min- 75% 题型03合成氨反应图像分析 第1页共2页 可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 举一反三 【变式3-1】C 【变式3-2】C 【变式3-3】 【答案】 D BC 减少生成物浓度，同时增加反应物浓度，可以使平衡正向进行程度更大，提 高产率 C 0.007 0.1 逆 4NHs(g)+502(g)=4NO(g)+6H2O(g)AFI=-906kJ-mol 题型04工业生产中适宜生产条件的选择 典例精析 【典例04】D E举一反目 【变式4-1】C 【变式4-2】D 【变式43】A 第2页共2页 第四节 化学反应的调控（题型突破·举一反三） 题型01 合成氨反应原理的分析 题型02 工业合成氨适宜的条件 题型03 合成氨反应图像分析 题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 ▌题型01 合成氨反应原理的分析 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 （1）自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS 0，能自发进行。 （2）可逆性：反应为 反应。 （3）体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积 的反应。 （4）焓变：ΔH<0，是 反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 温度 催化剂 浓度 反应物浓度 反应物浓度， 生成物浓度 3.数据分析 根据课本表2－2（P47）在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是 温度、 压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是 温度、 压强。二者在 这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 【典例01】．（25-26高二上·天津·期中）合成氨工业对发展农业有着重要意义，氨也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A．合成氨一般选择进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高 B．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 C．“加压”可以加快反应速率，氨的产率也会升高，理论上压强越高越好 D．“干燥净化”的目的是防止混有的杂质使催化剂中毒 【变式1-1】（25-26高二上·天津河北·期中）下列关于合成氨工业说法不正确的是 A．根据勒夏特列原理，500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 B．合成氨厂一般采用10MPa~30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素 C．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应 D．将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒” 【变式1-2】（25-26高二上·天津宁河·期末）已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是 ①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 【变式1-3】（25-26高二上·天津·期末）下列关于工业合成氨的叙述错误的是 A．合成氨没有选择更大的压强是因为压强过大会增加生产投资，降低综合经济效益 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为是因为升高温度有利于提高反应物的平衡转化率 D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 ▌题型02 工业合成氨适宜的条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 （1）压强 ①原理分析：压强越大越好。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 （2）温度 ①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。 （3）催化剂 ①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 ②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 （4）浓度 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。 ②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 ③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应。 【典例02】（24-25高二上·天津宝坻·阶段检测）下列事实能用勒夏特列原理解释的是 A．合成氨反应 ，工业上采用高温条件更有利于合成氨 B．密闭容器中发生反应，平衡后增大压强气体颜色变深 C．反应达平衡后，加入铁粉溶液颜色变浅 D．硫酸工业中，工业上常加入作催化剂提高产率 【变式2-1】（25-26高二上·天津·期末）一定条件下的密闭容器中进行反应：，下列说法正确的是 A．恒容充入氮气及增加碳的用量均可提高该反应的反应速率 B．改变条件可以在一定程度上改变该反应的限度 C．当时，反应达到化学平衡状态 D．反应达到化学平衡状态时，正、逆反应速率相等且等于零 【变式2-2】（25-26高二上·天津·阶段检测）在一个不传热的固定容积的密闭容器中，可逆反应，当m、n、p、q为任意整数时，下列组合中，一定能说明反应已达到平衡的是 ①体系的密度不再改变               ②体系的温度不再改变 ③各组分的浓度相等                 ④各组分的质量分数不再改变 ⑤反应速率         ⑥ ⑦体系气体平均相对分子质量不再改变 A．①③⑤ B．②⑤⑦ C．③④⑥ D．②④⑥ 【变式2-3】．（25-26高二上·天津河北·期中）在恒温，体积为1 L的密闭容器中充入1 mol和3 mol，发生反应：，测得和的浓度随时间的变化如图所示。 (1)从反应开始到平衡，______；达平衡时的转化率为______。 (2)下列措施中能使增大的是______(填字母)。 A．加入催化剂 B．充入，使体系压强增大 C．将从体系中分离 D．升高温度 (3)下列能说明上述反应达到化学平衡状态的是______(填字母)。 A．与的物质的量浓度之比为1∶1 B．混合气体的密度不随时间的变化而变化 C．单位时间内消耗3 mol，同时生成1 mol D．的体积分数保持不变 E．混合气体的压强不随时间的变化而变化 ▌题型03 合成氨反应图像分析 1.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0 ，平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系如下图所示： 结论：压强越大，氨的含量越高；温度越高，氨的含量越低。 2.速率-时间图像分析 下图为合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0的速率随时间变化的曲线图： 图像分析： （1）t0时，v正、v逆均不为零,说明反应从两个方向同时开始，由于v正＞v逆，所以反应向正反应方向进行； （2）t1时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动； （3）t2时，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动； （4）t3时，增大压强，平衡向正反应方向移动； （5）t4时，减小压强，平衡向逆反应方向移动； （6）t5时，升高温度，平衡向逆反应方向移动； （7）t6时，降低温度，平衡向正反应方向移动； （8）t7时，增大N2、H2的浓度，减小NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； （9）t8时，加入催化剂，平衡不移动。 解题技巧—反应达到平衡后，改变条件： （1）v正＞v逆，平衡正向移动；v正＝v逆，平衡不移动；v正＜v逆，平衡逆向移动。 （2）只改变反应物或生成物浓度时，有一条线连接原曲线。 （3）改变温度，曲线不再连续。 （4）改变压强，若反应前后均有气体且气体的物质的量不相等，则v正、v逆发生变化，曲线不再连续；若反应前后气体的物质的量相等，则v正＝v逆，曲线也不再连续。 【典例03】（25-26高二上·天津宝坻·阶段检测）下列不能用勒夏特列原理解释的是 ①.向溶液中加入固体后颜色变深 ②.用饱和食盐水除去中的，可以减少氯气的损失 ③.实验室制取时用粗锌代替纯锌和稀硫酸反应 ④.工业上的反应，选用常压条件而不选用高压 ⑤.500℃时比室温更有利于合成氨的反应 ⑥.实验室用催化分解制备氧气 ⑦.夏天，打开啤酒瓶时会在瓶口逸出气体 A．4个 B．3个 C．2个 D．1个 【变式3-1】．（25-26高二上·江苏镇江·阶段检测）合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为：  。下列说法不符合工业合成氨生产实际的是 A．增大压强，可增加单位体积内的活化分子数目，则速率增大 B．实际生产温度主要由催化剂决定 C．在实际生产中温度越高，化学反应速率一定越快 D．液化分离有利于合成氨 【变式3-2】（25-26高二上·天津滨海新区·期末）将一定量纯氨基甲酸铵置于密闭容器，发生反应：。该反应的平衡常数的负对数值（-lgK）随温度（T）的变化如图所示，下列说法不正确的是 A．该反应的ΔH>0 B．A点对应状态的平衡常数 C．增大压强，质量增大，化学平衡常数K减小 D．30℃时，B点对应状态的v(正)<v(逆) 【变式3-3】（25-26高二上·天津滨海新区·期末）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0，△S<0。 (1)下列关于工业合成氨的说法正确的是___。 A．因为△H<0，所以该反应一定能自发进行 B．因为△S<0，所以该反应一定不能自发进行 C．在高温下进行是为了提高反应物的转化率 D．生产中在考虑动力和设备材料承受能力的前提下，压强越大转化率越大 (2)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是___。 A．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2 B．N2百分含量保持不变 C．容器内压强保持不变 D．混合气体的密度保持不变 (3)工业上合成氨的部分工艺流程如图： 请用平衡移动原理来解释在流程中及时分离出氨气和循环使用气体的原因___。 (4)某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对工业合成氨反应的影响。实验结果如图所示(图中T表示温度)。 ①图象中T2和T1的关系是：T1___T2(填“>，<或=”，下同)。 ②a、b、c、d四点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是___。(填字母)。 (5)恒温下，往一个4L的密闭容器中充入2molN2和5.2molH2，反应过程中对NH3的浓度进行检测，得到的数据如表所示： 时间/min 5 10 15 20 25 30 c(NH3)/mol·L-1 0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20 ①10min时用N2表示的平均反应速率为___mol/(L·min)-1。此条件下该反应的化学平衡常数K=___。 ②若维持容器体积不变，温度不变，往原平衡体系中加入N2、H2和NH3各4mol，化学平衡将向反应方向___移动(填“正”或“逆”)。 ③已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJ/mol N2(g)+O2(g)=2NO(g)ΔH=+181kJ/mol 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH=-484kJ/mol 写出氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式___。 ▌题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 选取适宜的化工生产条件时,要运用反应速率和化学平衡移动的相关知识,同时考虑化工生产中的动力、材料及设备等因素的影响,综合选取适宜的生产条件。具体分析如下: 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过 ，又不能太 从化学反应限度分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的 性，又要注意二者影响的 性 从原料的利用率分析 增加 原料，提高 原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意 对催化剂的活性的限制 【典例04】（25-26高二上·天津·期中）对于反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH>0，下列有关说法正确的是 A．平衡常数表达式为K= B．恒温条件下压缩容器的体积，平衡不移动，平衡常数K不发生变化 C．升高体系温度，平衡常数K减小 D．恒温恒压条件下，通入氦气，平衡正向移动，平衡常数K不发生变化 【变式4-1】（25-26高二上·天津·阶段检测）下列说法正确的是 A．能够自发进行的反应一定是熵增的过程 B．铁表面的镀锌层破损后，就完全失去了对铁的保护作用 C．盐碱地(含、)不利于农作物生长，施加适量石膏可以降低土壤的碱性 D．对于一个放热反应的平衡体系，若降温，则正反应速率下降比逆反应速率下降得多 【变式4-2】（24-25高二上·天津红桥·期末）下列不能用勒夏特列原理解释的是 A．向溶液中加入固体后颜色变深 B．用饱和食盐水除去中的，可以减少氯气的损失 C．将溶液加热蒸干不能得到固体 D．工业上的反应，选用常压条件而不选用高压 【变式4-3】（25-26高二上·天津南开·阶段检测）工业合成甲醇的原理为  H<0，其工艺流程如图所示。下列叙述正确的是 A．“干燥净化”的目的是防止催化剂失活 B．合成甲醇时压强越大越好 C．“冷却装置”能提高原料平衡转化率和反应速率 D．采用“高温”有利于提高甲醇的平衡产率 第 1 页 共 7 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四节 化学反应的调控（题型突破·举一反三） 题型01 合成氨反应原理的分析 题型02 工业合成氨适宜的条件 题型03 合成氨反应图像分析 题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 ▌题型01 合成氨反应原理的分析 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 （1）自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 （2）可逆性：反应为可逆反应。 （3）体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。 （4）焓变：ΔH<0，是放热反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 催化剂 使用 无影响 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 3.数据分析 根据课本表2－2（P47）在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 【典例01】．（25-26高二上·天津·期中）合成氨工业对发展农业有着重要意义，氨也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A．合成氨一般选择进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高 B．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 C．“加压”可以加快反应速率，氨的产率也会升高，理论上压强越高越好 D．“干燥净化”的目的是防止混有的杂质使催化剂中毒 【答案】A 【详解】A．合成氨反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡转化率降低，选择400∼500℃主要是因为该温度下铁触媒活性最大、反应速率快，并非平衡转化率高，A错误； B．热交换可利用反应后高温混合气体的热量预热原料气，节约能源，同时降低生成的混合气体温度，利于氨气液化分离，B正确； C．加压可以增大反应物浓度、加快反应速率，同时使合成氨反应平衡正向移动，氨的产率升高，理论上压强越高对反应越有利，实际生产中会综合设备成本等因素选择压强，C正确； D．原料气中混有的杂质会使催化剂活性降低甚至失活，即催化剂中毒，“干燥净化”可除去杂质防止催化剂中毒，D正确； 故选A。 【变式1-1】（25-26高二上·天津河北·期中）下列关于合成氨工业说法不正确的是 A．根据勒夏特列原理，500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 B．合成氨厂一般采用10MPa~30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素 C．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应 D．将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒” 【答案】A 【详解】A．合成氨反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的浓度减小，所以室温比500℃左右更有利于合成氨的反应，故A错误； B．合成氨厂一般采用10MPa～30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素，因为压强大，反应速率快，有利于合成氨，但是压强太高，对仪器设备要求也高，压强过低，反应速率慢，不利于合成氨，故B正确； C．将混合气体中的氨液化，减小了生成物的浓度，合成氨反应的化学平衡正向移动，有利于合成氨，故C正确； D．将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质，比如氧气，能和催化剂铁在高温下反应，使催化剂“中毒”，故D正确； 故选A。 【变式1-2】（25-26高二上·天津宁河·期末）已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是 ①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 【答案】C 【分析】合成氨反应，该反应的特点为：正反应放热且气体分子数减小；据此分析。 【详解】①减压，反应速率减慢，平衡逆向移动，的产率减小，①不可采取； ②加压，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，②可采取； ③升温，反应速率加快，平衡逆向移动，的产率减小，③不可采取； ④降温，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，④不可采取； ⑤及时从平衡混合气中分离出，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，⑤不可采取； ⑥补充N2或H2，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，⑥可采取； ⑦加催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，的产率不变，⑦不可采取； 故选②⑥； 故选C。 【变式1-3】（25-26高二上·天津·期末）下列关于工业合成氨的叙述错误的是 A．合成氨没有选择更大的压强是因为压强过大会增加生产投资，降低综合经济效益 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为是因为升高温度有利于提高反应物的平衡转化率 D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 【答案】C 【详解】A．压强过大对设备的要求比较大，会增加生产投资，A正确； B．催化剂通过降低反应的活化能，提高反应速度，B正确； C．合成氨的反应为放热反应，温度越高，平衡逆向移动，不利于提高反应物的平衡转化率，C错误； D．分离生成物，根据勒夏特列原理，减少生成物浓度，平衡正向进行，D正确； 故答案为：C。 ▌题型02 工业合成氨适宜的条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 （1）压强 ①原理分析：压强越大越好。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 （2）温度 ①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。 （3）催化剂 ①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 ②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 （4）浓度 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。 ②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 ③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应。 【典例02】（24-25高二上·天津宝坻·阶段检测）下列事实能用勒夏特列原理解释的是 A．合成氨反应 ，工业上采用高温条件更有利于合成氨 B．密闭容器中发生反应，平衡后增大压强气体颜色变深 C．反应达平衡后，加入铁粉溶液颜色变浅 D．硫酸工业中，工业上常加入作催化剂提高产率 【答案】C 【详解】A．合成氨反应正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，不利于生成，工业采用高温是为了提高反应速率和催化剂活性，与平衡移动无关，不能用勒夏特列原理解释，A错误； B．该反应前后气体总分子数相等，增大压强平衡不移动，气体颜色变深是因为容器体积减小，浓度增大，与平衡移动无关，不能用勒夏特列原理解释，B错误； C．加入铁粉发生反应，浓度降低，使平衡逆向移动，浓度减小，溶液颜色变浅，能用勒夏特列原理解释，C正确； D．催化剂只能改变反应速率，不影响平衡移动，加入不能提高平衡产率，不能用勒夏特列原理解释，D错误； 故选C。 【变式2-1】（25-26高二上·天津·期末）一定条件下的密闭容器中进行反应：，下列说法正确的是 A．恒容充入氮气及增加碳的用量均可提高该反应的反应速率 B．改变条件可以在一定程度上改变该反应的限度 C．当时，反应达到化学平衡状态 D．反应达到化学平衡状态时，正、逆反应速率相等且等于零 【答案】B 【详解】A．恒容条件下充入氮气，反应体系中浓度不变，反应速率不变，碳为固体，增加固体用量不改变反应物浓度，反应速率不变，A错误； B．化学平衡状态是一定条件下的动态平衡，改变温度、压强、反应物浓度等外界条件，可使平衡发生移动，改变该反应的限度，B正确； C．未指明反应速率的正、逆方向，任意时刻正反应速率均满足，无法判断是否达到平衡，C错误； D．化学平衡是动态平衡，达到平衡时正、逆反应速率相等但不为零，D错误； 故答案选B。 【变式2-2】（25-26高二上·天津·阶段检测）在一个不传热的固定容积的密闭容器中，可逆反应，当m、n、p、q为任意整数时，下列组合中，一定能说明反应已达到平衡的是 ①体系的密度不再改变               ②体系的温度不再改变 ③各组分的浓度相等                 ④各组分的质量分数不再改变 ⑤反应速率         ⑥ ⑦体系气体平均相对分子质量不再改变 A．①③⑤ B．②⑤⑦ C．③④⑥ D．②④⑥ 【答案】D 【详解】①反应前后气体总质量不变，容器为固定容积，密度始终为定值，无法判断平衡；②不传热容器中温度为变量，温度不变能说明达到平衡；③各组分浓度相等不能说明浓度不再变化，无法判断平衡；④中各组分质量分数不变说明各组分含量保持恒定，达到平衡；⑤中未指明反应速率的正逆方向，任意时刻同一个方向都满足，无法判断平衡；⑥中表明反应的正逆反应速率满足计量数关系，反应达到平衡；⑦气体的平均摩尔质量(单位：g/mol)在数值上等于气体的平均相对分子质量，由于气体的总质量不变，而总物质的量也可能不是变量(如的反应)，气体的平均相对分子质量可能为定值，无法用于判断平衡； 故选D。 【变式2-3】．（25-26高二上·天津河北·期中）在恒温，体积为1 L的密闭容器中充入1 mol和3 mol，发生反应：，测得和的浓度随时间的变化如图所示。 (1)从反应开始到平衡，______；达平衡时的转化率为______。 (2)下列措施中能使增大的是______(填字母)。 A．加入催化剂 B．充入，使体系压强增大 C．将从体系中分离 D．升高温度 (3)下列能说明上述反应达到化学平衡状态的是______(填字母)。 A．与的物质的量浓度之比为1∶1 B．混合气体的密度不随时间的变化而变化 C．单位时间内消耗3 mol，同时生成1 mol D．的体积分数保持不变 E．混合气体的压强不随时间的变化而变化 【答案】(1) 0.225 75% (2)AD (3)DE 【详解】（1）①由图像可知，反应在 10min 时达到平衡： 根据反应方程式：，， ； ②CO2的转化率：。 （2）A．催化剂能同等程度增大正、逆反应速率，A正确； B．体系压强增大，但各反应物浓度不变，反应速率不变，B错误； C．生成物浓度降低，逆反应速率减小，正反应速率瞬时不变后减小，C错误； D．温度升高，活化分子百分数增加，反应速率增大，D正确； 故答案选AD。 （3）A．仅表示某时刻浓度相等，不代表浓度不再变化，A错误； B．恒容容器，气体总质量不变，密度始终不变，无法判断平衡，B错误； C．均为正反应方向的速率描述，无法判断正逆速率相等，C错误； D．说明CO2的量不再变化，反应达到平衡，D正确； E．反应前后气体分子数不等，压强不变说明各物质的量不再变化，E正确； 故答案选DE。 ▌题型03 合成氨反应图像分析 1.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0 ，平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系如下图所示： 结论：压强越大，氨的含量越高；温度越高，氨的含量越低。 2.速率-时间图像分析 下图为合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0的速率随时间变化的曲线图： 图像分析： （1）t0时，v正、v逆均不为零,说明反应从两个方向同时开始，由于v正＞v逆，所以反应向正反应方向进行； （2）t1时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动； （3）t2时，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动； （4）t3时，增大压强，平衡向正反应方向移动； （5）t4时，减小压强，平衡向逆反应方向移动； （6）t5时，升高温度，平衡向逆反应方向移动； （7）t6时，降低温度，平衡向正反应方向移动； （8）t7时，增大N2、H2的浓度，减小NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； （9）t8时，加入催化剂，平衡不移动。 解题技巧—反应达到平衡后，改变条件： （1）v正＞v逆，平衡正向移动；v正＝v逆，平衡不移动；v正＜v逆，平衡逆向移动。 （2）只改变反应物或生成物浓度时，有一条线连接原曲线。 （3）改变温度，曲线不再连续。 （4）改变压强，若反应前后均有气体且气体的物质的量不相等，则v正、v逆发生变化，曲线不再连续；若反应前后气体的物质的量相等，则v正＝v逆，曲线也不再连续。 【典例03】（25-26高二上·天津宝坻·阶段检测）下列不能用勒夏特列原理解释的是 ①.向溶液中加入固体后颜色变深 ②.用饱和食盐水除去中的，可以减少氯气的损失 ③.实验室制取时用粗锌代替纯锌和稀硫酸反应 ④.工业上的反应，选用常压条件而不选用高压 ⑤.500℃时比室温更有利于合成氨的反应 ⑥.实验室用催化分解制备氧气 ⑦.夏天，打开啤酒瓶时会在瓶口逸出气体 A．4个 B．3个 C．2个 D．1个 【答案】A 【详解】①加入KSCN增加SCN⁻浓度，平衡正向移动，颜色加深，能用勒夏特列原理解释； ②饱和食盐水的高Cl-浓度抑制Cl2溶解平衡正向进行：，能用勒夏特列原理解释； ③粗锌形成原电池加快反应速率，与平衡无关，不能用勒夏特列原理解释； ④工业选择常压因成本/催化剂效率，非平衡移动，不能用勒夏特列原理解释； ⑤500℃提高速率但不利于平衡，温度选择是基于动力学，不能用勒夏特列原理解释； ⑥MnO2催化不可逆反应，与平衡无关，不能用勒夏特列原理解释； ⑦啤酒中存在平衡，打开瓶盖，压强减小，平衡向气体体积增大的方向（即正向）移动，导致逸出，能用勒夏特列原理解释； 综上，③④⑤⑥共4个不能用勒夏特列原理解释； 故答案为A。 【变式3-1】．（25-26高二上·江苏镇江·阶段检测）合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为：  。下列说法不符合工业合成氨生产实际的是 A．增大压强，可增加单位体积内的活化分子数目，则速率增大 B．实际生产温度主要由催化剂决定 C．在实际生产中温度越高，化学反应速率一定越快 D．液化分离有利于合成氨 【答案】C 【详解】A．增大压强，可增加单位体积内的活化分子数目，从而使反应速率增大，A正确； B．实际生产温度主要由催化剂的最佳活性温度决定，B正确； C．在实际生产中温度过高，催化剂失活，化学反应速率会减慢，因此不是温度越高反应速率越快，C错误； D．液化分离，减小生成物浓度，化学平衡正向移动，有利于合成氨，D正确； 故选C。 【变式3-2】（25-26高二上·天津滨海新区·期末）将一定量纯氨基甲酸铵置于密闭容器，发生反应：。该反应的平衡常数的负对数值（-lgK）随温度（T）的变化如图所示，下列说法不正确的是 A．该反应的ΔH>0 B．A点对应状态的平衡常数 C．增大压强，质量增大，化学平衡常数K减小 D．30℃时，B点对应状态的v(正)<v(逆) 【答案】C 【分析】-lgK越大，平衡常数K越小，由图可知，随温度升高，平衡常数K增大，说明平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH>0。据此分析。 【详解】A．随着温度的升高，化学平衡常数K值增大，则升高温度平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH>0，说法正确，A不符合题意； B．A点对应的-lgK为2.294，则平衡常数，说法正确，B不符合题意； C．增大压强，平衡逆向移动，质量增大，但化学平衡常数K只受温度影响，K不变，说法不正确，C符合题意； D．30℃时，B点在平衡线下方，-lgQ<-lgK，B点的浓度商Q大于相同温度时的化学平衡常数K，反应向逆反应方向进行，则B点对应状态的v(正)<v(逆)，说法正确，D不符合题意； 故答案选C。 【变式3-3】（25-26高二上·天津滨海新区·期末）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0，△S<0。 (1)下列关于工业合成氨的说法正确的是___。 A．因为△H<0，所以该反应一定能自发进行 B．因为△S<0，所以该反应一定不能自发进行 C．在高温下进行是为了提高反应物的转化率 D．生产中在考虑动力和设备材料承受能力的前提下，压强越大转化率越大 (2)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是___。 A．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2 B．N2百分含量保持不变 C．容器内压强保持不变 D．混合气体的密度保持不变 (3)工业上合成氨的部分工艺流程如图： 请用平衡移动原理来解释在流程中及时分离出氨气和循环使用气体的原因___。 (4)某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对工业合成氨反应的影响。实验结果如图所示(图中T表示温度)。 ①图象中T2和T1的关系是：T1___T2(填“>，<或=”，下同)。 ②a、b、c、d四点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是___。(填字母)。 (5)恒温下，往一个4L的密闭容器中充入2molN2和5.2molH2，反应过程中对NH3的浓度进行检测，得到的数据如表所示： 时间/min 5 10 15 20 25 30 c(NH3)/mol·L-1 0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20 ①10min时用N2表示的平均反应速率为___mol/(L·min)-1。此条件下该反应的化学平衡常数K=___。 ②若维持容器体积不变，温度不变，往原平衡体系中加入N2、H2和NH3各4mol，化学平衡将向反应方向___移动(填“正”或“逆”)。 ③已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJ/mol N2(g)+O2(g)=2NO(g)ΔH=+181kJ/mol 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH=-484kJ/mol 写出氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式___。 【答案】 D BC 减少生成物浓度，同时增加反应物浓度，可以使平衡正向进行程度更大，提高产率 > c 0.007 0.1 逆 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)ΔH=-906kJ·mol-1 【分析】合成氨反应为正向放热、气体分子数增大的反应，因此升高温度平衡逆向移动不利于氨的合成，增大压强，平衡正向移动利于氨的合成；计算平衡常数列三段式进行计算，据此分析。 【详解】(1) 单独用∆H或∆S判断反应的自发性都会有缺陷，应根据吉布斯自由能∆G =∆H – T∆S，当∆G <0时，反应能自发进行，A、B均不符合要求；合成氨反应是△H<0，放热反应升高温度平衡逆向移动，不利于提高反应物的转化率，升高温度的目的是增大反应速率；C不正确，该反应正向是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，有利于提高转化率，实际生产中在设备材料承受能力范围内采用10∼30MPa进行，D正确； (2) 判断可逆反应是否达到平衡的标志是v正=v逆，特征是达到平衡后各组分的浓度、百分含量等保持不变，容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2不能说明v正=v逆，A错误；N2的百分含量保持不变，即单位时间生成1mol氮气的同时消耗1mol氮气，v正=v逆，B正确；该反应是气体分子数变化的反应，恒温恒容密闭容器中进行反应，体系的压强会随气体物质的量变化而变化，当容器内压强不再变化时，反应达到平衡，C正确；根据气体密度公式，气体的总质量m不变，恒容容器V不变，密度是定值，不随反应而改变，D错误，故答案选BC； (3) 及时分离出产物，生成物浓度减小，平衡正向移动，将气体中未反应完的氮气和氢气循环使用，增大反应物的浓度，平衡正向移动，提高氨的产率，故答案为：减少生成物浓度，同时增加反应物浓度，可以使平衡正向进行程度更大，提高产率； (4) ①合成氨反应的△H<0，正反应放热，升高温度，不利于氨的合成，起始氢气的物质的量相等时，温度越高，氨的百分含量越低，则T1>T2；②升高温度不利于氨的合成，增大氢气的浓度，能提高氮气的转化率，故平衡点中c点氮气的转化率最高； (5) ①10min时用NH3表示的平均反应速率为v(NH3) ===0.014mol/(L·min)-1，v(N2) = v(NH3)=×0.014=0.007 mol/(L·min)-1，依题意列出三段式： 带入平衡常数的表达式计算K== =0.1； ②若维持容器体积不变，温度不变，往原平衡体系中加入N2、H2和NH3各4mol，则容器内N2、H2和NH3的浓度分别为：1.4 mol/L、2 mol/L、1.2 mol/L，此时Qc=0.13>K，反应将向逆反应进行；③依题意氨气催化氧化生成NO和水蒸气的反应方程式为4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)，分别记已知方程式及△H为：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H1=-92kJ/mol，②N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH2=+181kJ/mol，③2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) = -484kJ/mol，根据盖斯定律，则目标方程式的△H=ΔH3×3+ΔH2×2-△H1×2=-484×3+181×2-(-92)×2=-906kJ·mol-1。 【点睛】判断平衡的标志是v正=v逆，方法总结为“正逆相等，变量不变”，“正逆”是对同一物质，即单位时间消耗1molA的同时会生成1molA，不同物质与化学计量系数成正比，“变量不变”是体系一些物理量如密度、总压强、气体平均摩尔质量等，当这些物理量随反应的改变而改变，当物理量不变时就能说明反应达到了平衡，反之，这些物理量不随反应的改变而改变，是一个定值，那么就不能用该物理量作为判定平衡的标志。 ▌题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 选取适宜的化工生产条件时,要运用反应速率和化学平衡移动的相关知识,同时考虑化工生产中的动力、材料及设备等因素的影响,综合选取适宜的生产条件。具体分析如下: 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学反应限度分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意温度对催化剂的活性的限制 【典例04】（25-26高二上·天津·期中）对于反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH>0，下列有关说法正确的是 A．平衡常数表达式为K= B．恒温条件下压缩容器的体积，平衡不移动，平衡常数K不发生变化 C．升高体系温度，平衡常数K减小 D．恒温恒压条件下，通入氦气，平衡正向移动，平衡常数K不发生变化 【答案】D 【详解】A．平衡常数表达式中固体C的浓度视为常数，不计算在内，正确表达式为，故A错误； B．恒温压缩体积，压强增大，平衡逆向移动，但温度不变，所以K不变，故B错误； C．该反应ΔH>0为吸热反应，升温使平衡正向移动，K增大，故C错误； D．恒温恒压下通入氦气，体积增大，各气体分压降低，相当于减压，平衡正向移动，且K仅与温度有关，温度不变则K不变，故D正确； 故答案选D。 【变式4-1】（25-26高二上·天津·阶段检测）下列说法正确的是 A．能够自发进行的反应一定是熵增的过程 B．铁表面的镀锌层破损后，就完全失去了对铁的保护作用 C．盐碱地(含、)不利于农作物生长，施加适量石膏可以降低土壤的碱性 D．对于一个放热反应的平衡体系，若降温，则正反应速率下降比逆反应速率下降得多 【答案】C 【详解】A．ΔH-TΔS＜0即可自发，例如氨气和氯化氢化合为氯化铵晶体的反应是熵减的放热反应，在室温下即可自发，A错误； B．锌比铁活泼，镀层破损后形成原电池，Zn为负极，Fe被保护起来，B错误； C．碳酸钠溶液水解呈碱性，石膏为硫酸钙、是微溶物，可以与碳酸钠反应转化成难溶的碳酸钙，同时有硫酸钠生成，硫酸钠溶液呈中性，故降低土壤的碱性，C正确； D．降低温度，正、逆反应速率均下降，且吸热反应方向即逆反应速率下降比正反应速率下降得多，D错误； 故答案为：C。 【变式4-2】（24-25高二上·天津红桥·期末）下列不能用勒夏特列原理解释的是 A．向溶液中加入固体后颜色变深 B．用饱和食盐水除去中的，可以减少氯气的损失 C．将溶液加热蒸干不能得到固体 D．工业上的反应，选用常压条件而不选用高压 【答案】D 【详解】A．溶液中存在(红色)平衡状态，加入固体，增大，平衡正移，颜色变深，能用勒夏特列原理解释，A项正确； B．与水反应为可逆反应，在饱和食盐水中，较大，平衡逆向移动，抑制和水反应，可以减少氯气的损失，能用勒夏特列原理解释，B项正确； C．加热蒸干溶液过程中，温度升高，平衡正向移动，且生成的挥发，故溶液加热蒸干不能得到固体，能用勒夏特列原理解释，C项正确； D．常压下的转化率已经很大，增大压强对提高转化率无显著影响，反而会增加成本，故采用常压条件不能用勒夏特列原理解释，D项错误； 答案选D。 【变式4-3】（25-26高二上·天津南开·阶段检测）工业合成甲醇的原理为  H<0，其工艺流程如图所示。下列叙述正确的是 A．“干燥净化”的目的是防止催化剂失活 B．合成甲醇时压强越大越好 C．“冷却装置”能提高原料平衡转化率和反应速率 D．采用“高温”有利于提高甲醇的平衡产率 【答案】A 【详解】A．步骤①中“净化”是除去杂质以防止铁触媒中毒失活，确保工业生产过程中的效率和产品质量，故A正确； B．是气体体积减小的反应，增大压强可以使平衡正向移动，增大反应物的转化率，但压强过大会增加对设备材料和制造的要求，提高投资费用，在实际生产中，压强的选择并不是越大越好，而是需要综合考虑多个因素，故B错误； C．是放热反应，“冷却装置”能提高原料平衡转化率，但不能提高反应速率，故C错误； D．是放热反应，采用“高温”不利于提高甲醇的平衡产率，故D错误； 故选A。 第 1 页 共 7 页 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